Bài 16. Dòng điện trong chân không
Bài 16.1 trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về điều kiện để có dòng điện chạy qua đèn điôt chân không là đúng?
A. Chỉ cần đặt một hiệu điện thế UAK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn.
B. Phải nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế UAK có giá trị âm giữa anôt A và catôt K của đèn.
C. Chỉ cần nung nóng catôt K bằng dòng điện và nối anôt A với catôt K qua một điện kế nhạy.
D. Phải nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế UAK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn.
Lời giải:
Điều kiện để có dòng điện chạy qua đèn điôt chân không là phải nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế UAK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn.
Chọn đáp án D
Bài 16.2 trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về mối liên hệ của cường độ dòng điện IA chạy qua đèn điôt chân không với hiệu điện thế UAK giữa anôt A và catôt K là không đúng?
A. Khi catôt K không bị nung nóng, thì IA = 0 với mọi giá trị của UAK. B. Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì IA ≠ 0 với mọi giá trị của UAK
C. Khi catot bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì IA tăng theo mọi giá trị dương của UAK.
D. Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao và tăng dần UAK từ 0 đến một giá trị dương Ubh thì IA sẽ tăng dần tới giá trị không đổi Ibh gọi là dòng điện bão hoà.
Lời giải:
Khi catot bị nung nóng ở nhiệt độ cao và UAK < 0 thì IA không đáng kể.
Chọn đáp án B
Bài 16.3 trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về tính chất tia catôt trong ống tia catôt là không đúng?
A. Phát ra từ catôt, truyền ngược hướng điện trường tới anôt trong ống.
B. Phát ra từ catôt, truyền theo hướng điện trường tới anôt trong ống.
C. Mang năng lượng lớn, làm một số tinh thể phát huỳnh quang, làm kim loại phát tia X, làm nóng các vật bị nó rọi vào.
D. Bị từ trường hoặc điện trường làm lệch đường.
Lời giải:
tính chất tia catôt trong ống tia catôt là phát ra từ catôt, truyền ngược hướng điện trường tới anôt trong ống nên B sai.
Chọn đáp án B
Bài 16.4 trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về bản chất tia catôt trong ống tia catôt là đúng?
A. Là chùm ion âm phát ra từ catôt bị nung nóng.
B. Là chùm ion dương phát ra từ anôt.
C. Là chùm êlectron phát ra từ anôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao.
D. Là chùm êlectron phát ra từ catôt.
Lời giải:
Bản chất tia catôt trong ống tia catôt là chùm êlectron phát ra từ catôt.
Chọn đáp án D
Bài 16.5 trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Tại sao khi hiệu điện thế UAK giữa anôt A và catôt K của đèn điôt chân không có giá trị âm và nhỏ, thì cường độ dòng điện IA chạy qua điôt này lại có giá trị khác không và khá nhỏ ?
Lời giải
Khi hiệu điện thế UAK giữa anôt A và catôt K của đèn điôt chân không có giá trị âm và nhỏ, thì chỉ có một số ít êlectron bay ra từ catôt có động năng lớn, đủ để thắng
công cản của lực điện trường, mới có thể chuyển động được tới anôt A. Vì thế, cường độ dòng điện IA chạy qua điôt này khi đó có giá trị khác không và khá nhỏ.
Bài 16.6 trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Tại sao khi hiệu điện thế UAK giữa hai cực anôt A và catôt K của điôt chân không tăng đến một giá trị dương đủ lớn thì cường độ dòng điện IA chạy qua điôt này không tăng nữa và đạt giá trị bão hoà?
Lời giải:
Khi hiệu điện thế UAK giữa anôt A và catôt K của điôt chân không tăng đến một giá trị dương đủ lớn, thì điện trường giữa anôt A và catôt K đủ mạnh và làm cho mọi êlectron phát ra từ catôt K đều bị hút cả về anôt A. Vì thế, cường độ dòng điện IA chạy qua điôt này khi đó không tăng nữa và đạt giá trị bão hoà.
Bài 16.7 trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Xác định số electron phát ra từ catôt sau mỗi giây khi dòng điện chạy qua đèn điôt chân không đạt giá trị bão hoà Ibh = 12 mA. Cho biết điện tích của êlectron là - e = - l,6.10-19 C.
Lời giải:
Điện lượng dịch chuyển trong thời gian t là:
q = I.t = N.e
N: số electron đến Anot trong thời gian t.
Khi dòng điện đạt giá trị bão hòa Ibh thì toàn bộ số electron phát ra từ catot đều tới được anot (hay số electron phát ra từ catot bằng số electron đến anot).
Vậy số electron phát ra từ catot là:
3 bh 16
19
I 12.10
N 7,5.10 electron
e 1,6.10
Bài 16.8* trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Chứng minh rằng trong ống tia catôt, vận tốc của êlectron khi đến anôt được tính theo công thức:
v 2eU
m
trong đó m là khối lượng và e là độ lớn điện tích của êlectron, U là hiệu điện thế giữa anôt A và catôt K của điôt chân không. Bỏ qua vận tốc ban đầu của electron khi mới bứt ra khỏi catôt.
Lời giải:
Trong điôt chân không, êlectron chịu tác dụng của lực điện trường, dịch chuyển từ catôt đến anôt. Theo định lý biến thiên động năng, ta có độ biến thiên động năng của êlectron có giá trị bằng công của lực điện trường:
d
2 2
0
F d
mv mv
A W eU
2 2
Vì vận tốc chuyển động nhiệt của êlectron khá nhỏ có thể bỏ qua, nên có thể xem như êlectron rời khỏi catôt với vận tốc v0 = 0. Như vậy, ta suy ra:
mv2 2eU
eU v
2 m
Bài 16.9 trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Xác định vận tốc của êlectron bay trong điện trường giữa anôt và catôt của ống tia catôt khi hiệu điện thế giữa hai điện cực này là UAK = 2400 V. Cho biết êlectron có khối lượng m = 9,1.10-31 kg và điện tích -e = -1,6.10-19 C. Coi rằng êlectron bay ra khỏi catôt với vận tốc v0 = 0.
Lời giải:
Áp dụng công thức chứng minh được trong bài tập 16.8*:
v 2eU
m
Thay số ta tìm được:
19
7 31
2.1,6.10 .2400
v 2,9.10 m / s
9,1.10
Bài 16.10 trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Xác định vận tốc chuỵển động nhiệt u của êlectron khi nó vừa bay ra khỏi catôt ở nhiệt độ T = 2000 K trong đèn điôt chân
không. Cho biết êlectron có khối lượng m = 9,1.10-31 kg và năng lượng chuyển động nhiệt ở nhiệt độ T là 3kT
2 với k = 1,38.10-23 J/K.
Lời giải:
u là vận tốc chuyển động nhiệt của electron. Ở nhiệt độ T, electron có động năng đúng bằng năng lượng chuyển động nhiệt của nó,
tức là:
mu2 3kT 2 2
Từ đó suy ra, vận tốc chuyển động nhiệt của êlectron ở nhiệt đô T = 2000K:
23
5 31
3kT 3.1,38.10 .2000
u 3.10 m / s
m 9,1.10
